纳米流体热管太阳能集热装置换热性能的研究

发布时间：2020-05-19 20:08

【摘要】：能源是人类生存和社会发展的重要物质基础,合理的开发和利用能源具有重要的意义。以矿物燃料为主的化石能源正日益枯竭,以新能源和可再生能源替代化石能源是当今社会发展的必然趋势。新能源和可再生能源主要包括太阳能、风能、生物质能、海洋能、地热能和氢能等。 在众多的可再生能源中,最理想的是太阳能。太阳能是地球上各种可再生能源的根本,且取之不尽、覆盖面广,对环境没有任何污染。太阳能发展的主要方向是光伏发电和热利用,能否有效的解决太阳能的收集、储存、转换问题是大规模应用太阳能的关键。 本课题提出了一种提高太阳能集热器换热性能的新方法,介绍一种将玻璃真空管技术和热管技术相结合形成玻璃真空管内插热管式太阳能集热器,经实验发现玻璃真空管内插热管式太阳能集热器的平均热损失系数低于全玻璃真空管,结构上具有一定的优越性。把玻璃真空管中内插热管的工质由纳米流体(Fe3O4)代替纯水,纳米流体从强化工质传热性质的角度增强了换热,提高了热管的换热性能及太阳能集热装置的热性能,开辟了强化换热的又一新途径。 为了研究纳米流体工质的玻璃真空管内插热管式太阳能集热器的热性能,本课题自行设计了换热系统实验台,实验系统包括四大部分:真空热管换热系统;冷却系统;测量系统和数据采集系统。实验中分别把纳米流体和纯水作为热管的工质,对玻璃真空管内插热管式太阳能集热器进行对比研究,发现热管的工质对玻璃真空管内插热管式太阳能集热器的热性能影响较大,纳米流体热管太阳能集热器的日平均效率、瞬时效率均要高于水基热管太阳能集热器,并且二者的日平均效率曲线变化的趋势相同,两组集热管最佳倾角在45°左右;两组集热器的瞬时效率曲线的变化都是先变小,然后逐渐增大,接着又变小的过程。 以纳米流体(Fe3O4)为工质的玻璃真空管内插热管式太阳能集热器,为太阳能集热器高效、安全、稳定的运行,为进一步提高太阳能集热器换热性能提供了新思路。
【图文】：

图 2.1 我国太阳辐射总量分布2 纳米流体概述20 世纪 90 年代以来，在强化传热领域，纳米技术得到了广泛的运用。体介质是指把金属或非金属纳米粉体分散到水、醇、油等传统换热介质中,均匀、稳定、高导热的新型换热介质。纳米流体作为一种新型的强化换热工质，同时热管的导热能力也在其他热能力之上，利用二者的优良特性把纳米流体和热管结合起来进行强化换很好的研究价值。下面简要介绍纳米流体的导热、对流换热及沸腾换热三。2.1 纳米流体的导热特性纳米流体对传热的强化与流体中的纳米粒子属性、体积份额、尺度以及体悬浮液的稳定性有关，其中稳定的纳米悬浮液是纳米流体强化传热的关此，Xinfang Li 等[2 2 ]用沉降的方法对铜纳米悬浮液传播行为进行评价，通

10图 2.2 热管的示意图2.3.2 热管基本特性和分类热管是依靠管内的工质发生相变，，通过交换气化潜热来实现热量传递的传热元件，其特点如下：(1)较高的传热效率，有热超导体之称；(2)良好的等温性，源于热管很小的温降；(3)热流密度的可变性，由于热管的蒸发段或冷凝段的换热面积可以独立改变，进而可以改变热流密度；(4)热流方向的可逆性，有芯热管中毛细力是内部循环的动力，因此热管的冷凝段和蒸发段可以任意设定；(5)热二极管与热开关性能；(6)恒温特性，可通过控制热管冷凝段的热阻而实现； (7)环境的适应性，即热管的结构形式和型体尺寸灵活多变，如图 2.3。(a)U 型热管 (b)L 型热管图 2.3 不同结构的热管实物图由于热管的材料、工质等方面不同
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK513

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本文编号：2671413